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LA ATMÓFERALA ATMÓFERACOMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA

Ciencias de la Tierra y Medioambinetales - 2º BCTCiencias de la Tierra y Medioambinetales - 2º BCTColegio Espíritu Santo – Baena (Córdoba)Colegio Espíritu Santo – Baena (Córdoba)

Profesor: José L. Bujalance de MiguelProfesor: José L. Bujalance de Miguel

LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERAComposiciónComposición

La atmósfera está formada por una mezcla de gases, denominada aire, y una serie de partículas sólidas y líquidas en suspensión, denominadas aerosoles (que se concentran en la parte baja de la atmósfera por su mayor densidad).

La composición en gases de la atmósfera varía con la altura, debido a la diferente densidad de los mismos, de ahí que se puedan distinguir dos capas en función de la composición química de los gases que la forman: la homosfera y la heterosfera.

LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERAComposición: homosferaComposición: homosfera

La homosfera se extiende desde el nivel del mar hasta unos 80 km de altitud, y su composición química es bastante uniforme. Podemos clasificar los componentes gaseosos en tres grupos:

Mayoritarios, como el N2 (nitrógeno molecular) con un 78% en volumen, O2 (oxígeno

molecular) con un 20,9%, Ar (argón) con el 0,93% y CO2 (dióxido de carbono) con el

0,03%.

MinoritariosMinoritarios, que por estar en muy pequeñas proporciones se miden en partes por millón , que por estar en muy pequeñas proporciones se miden en partes por millón (ppm) y que se dividen a su vez en (ppm) y que se dividen a su vez en reactivosreactivos (monóxido de carbono (CO), metano (CH4), (monóxido de carbono (CO), metano (CH4), hidrocarburos, óxido nítrico (NO) dióxido de nitrógeno (NO2), amoníaco (NH3), dióxido de hidrocarburos, óxido nítrico (NO) dióxido de nitrógeno (NO2), amoníaco (NH3), dióxido de azufre (SO2), ozono (O3), etc.) y azufre (SO2), ozono (O3), etc.) y no reactivosno reactivos (He, Ne, Kr, Xn, óxido nitroso (N2O) y H2 ). (He, Ne, Kr, Xn, óxido nitroso (N2O) y H2 ).

VariablesVariables, como el , como el vapor de aguavapor de agua, cuyo papel es muy importante en la regulación del , cuyo papel es muy importante en la regulación del clima, y los clima, y los contaminantescontaminantes (sustancias de la más diversa índole), cuyas proporciones (sustancias de la más diversa índole), cuyas proporciones están sujetas a fluctuaciones debidas a la proximidad de núcleos urbanos e industriales o están sujetas a fluctuaciones debidas a la proximidad de núcleos urbanos e industriales o a la presencia de corrientes atmosféricas que los transportan, y cuyas consecuencias a la presencia de corrientes atmosféricas que los transportan, y cuyas consecuencias ecológicas y climáticas inmediatas ya han podido ser demostradas como se verá más ecológicas y climáticas inmediatas ya han podido ser demostradas como se verá más adelante.adelante.

Las escasas variaciones que presenta la homosfera con la altura están relacionadas Las escasas variaciones que presenta la homosfera con la altura están relacionadas con el vapor con el vapor de agua y el ozonode agua y el ozono. La cantidad de vapor de agua es muy variable como se ha indicado, siendo . La cantidad de vapor de agua es muy variable como se ha indicado, siendo mayor en la capa más baja (cerca del suelo) y prácticamente nula a partir de los 10 ó 12 km. El mayor en la capa más baja (cerca del suelo) y prácticamente nula a partir de los 10 ó 12 km. El ozono se encuentra concentrado principalmente entre los 20 y los 50 km. El resto de los ozono se encuentra concentrado principalmente entre los 20 y los 50 km. El resto de los componentes, aunque sus proporciones relativas se mantengan más o menos uniformes, sus componentes, aunque sus proporciones relativas se mantengan más o menos uniformes, sus valores absolutos disminuyen con la altura debido a la compresibilidad de los gases.valores absolutos disminuyen con la altura debido a la compresibilidad de los gases.

LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERAComposición: heterosferaComposición: heterosfera

La heterosfera se extiende desde los 80 km de altitud hasta el límite exterior de la atmósfera. No tiene una composición de gases uniforme y la densidad del aire es muy pequeña, ya que, debido a la compresibilidad de los gases la mayor parte de la atmósfera se encuentra cerca de la superficie comprimida por su propio peso, de forma que en los primeros 6 km se encuentra el 50 % de la masa total, y hasta el 95 % por debajo de los 15 km. En la heterosfera existen diferentes capas, cada una de ellas caracterizada por el predominio de un determinado gas (ver tabla), que se disponen según su densidad.

GAS PREDOMINANTE ALTITUD

capa de nitrógeno molecular (N2) entre 80 y 200 km

capa de oxígeno atómico (O) entre 200 y 1000 km

capa de helio (He) entre 1000 y 3.500 km

capa de hidrógeno atómico a partir de 3.500 km

LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERAEstructuraEstructura

La atmósfera no presenta la misma temperatura a lo largo de todo su espesor, por contra, su comportamiento térmico varia con la altura, a veces disminuye y otras veces aumenta. Atendiendo a estos aspectos la atmósfera se divide en las siguientes capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera; las tres primeras corresponden a la homosfera y las dos últimas a la heterosfera.


TroposferaEs la capa inferior de la atmósfera, se extiende desde la superficie terrestre hasta una altura media de 12 km (9 Km sobre los polos y de 18 Km sobre el ecuador).La temperatura de la troposfera es máxima en su parte inferior (unos 15 ºC como media), debido a que el aire se calienta desde la superficie terrestre, a partir de aquí comienza a descender con la altura en una proporción aproximada de 0,65 ºC/100 metros (1º cada 150 metros), según un gradiente vertical de temperatura (GTV), hasta alcanzar un valor mínimo (-70 ºC) en su límite superior o tropopausa (a partir del cual la temperatura vuelve a aumentar).La troposfera es la zona más densa de la atmósfera, pues, debido a la compresibilidad, los gases se concentran en su parte más baja conteniendo el 75 % de la masa total de la atmósfera y prácticamente todo el vapor de agua y las partículas (aerosoles) en suspensión. En ella existen importantes y activos flujos convectivos verticales y horizontales (viento), producidos por las diferencias de presión y temperatura existentes de unas regiones a otras, así como los fenómenos meteorológicos más importantes, como las nubes y las precipitaciones tienen lugar en esta parte de la atmósfera. Además, el vapor de agua, al igual que el dióxido de carbono, absorbe calor en forma de radiación de onda larga procedente del sol y de la superficie de la tierra confiriendo a la troposfera las características de una capa aislante, que evita el escape del calor de la superficie terrestre (efecto invernadero).La troposfera contiene infinidad de finas partículas de polvo, tan pequeñas y ligeras que los más leves movimientos del aire las mantienen en suspensión. Se concentran en los primeros 500 m, denominándose esta zona capa sucia. El polvo atmosférico puede proceder de diferentes fuentes:

– Partículas de polvo levantadas del suelo por el viento, sobre todo en las llanuras desérticas.– Humos y cenizas procedentes de erupciones volcánicas y combustiones naturales (incendios forestales) o de

origen antropogénico como la combustión de carburantes (por la actividad industrial y vehículos).– Partículas de origen biológico (microorganismos, polen y esporas).– Partículas salinas de origen marino (por evaporación de pequeñas gotitas de agua marina levantadas por los

fuertes vientos). El polvo de la troposfera contribuye a la coloración rojiza del cielo en la salida y puesta del sol, pero su función más importante no puede ser vista; consiste en que determinadas partículas de polvo sirven como núcleo de condensación, alrededor de las cuales el vapor de agua de la atmósfera se condensa, formando gotitas microscópicas de agua y dando lugar así a las nubes.


EstratosferaSe extiende desde el final de la troposfera hasta la estratopausa, situada entre los 50 y los 60 Km de altitud. En ella no existen movimientos verticales del aire, sino sólo movimientos horizontales (de hasta 200 Km/h), debido a su disposición en estratos superpuestos. Además, no existen nubes, salvo en su parte inferior, en la que se forman unas de hielo cuya estructura es muy tenue (nubes noctilucientes). Entre los 20 y los 50 Km se genera y se concentra la mayoría del ozono atmosférico, constituyendo la ozonosfera o capa de ozono, cuya importancia veremos más adelante. La temperatura en esta capa aumenta con la altura hasta alcanzar valores máximos de 0 a 15 ºC en su límite superior o estratopausa. Este incremento de la temperatura parece estar relacionado con la absorción por el ozono (O3) de la radiación ultravioleta del Sol.


Mesosfera

Constituye la última capa de la homosfera y se extiende desde la estratopausa hasta la mesopausa, situada hacia el Km 80. En ella la temperatura disminuye de nuevo hasta alcanzar valores en torno a los -100 ºC en su límite superior.


TermosferaMarca el comienzo de la denominada heterosfera extendiéndose desde la mesopausa hasta unos 500 Km de altitud. En su base inferior se compone principalmente de N2 (acompañado de oxígeno, tanto en forma molecular como atómica) y por encima de los 200 km predomina el oxígeno atómico. En esta parte de la atmósfera los átomos de oxígeno y moléculas de N2 absorben los rayos gamma, rayos X y ultravioleta cortos procedentes del Sol, cediendo un electrón, lo que deja al átomo o a la molécula ionizadas (cargadas positivamente). Los electrones desprendidos originan una corriente eléctrica que se mueve por toda la capa ionizada, de ahí que se la denomine también ionosfera.La temperatura de la termosfera aumenta con la altura debido a la absorción de onda corta, pudiendo alcanzar valores superiores a los 1000 ºC por encima de los 300 km, aunque presenta amplias variaciones diurnas y estacionales. La densidad del aire de esta zona es tan baja que se aproxima al vacío, por lo que estas altas temperaturas implican poca cantidad de calor.En la ionosfera son muy característicos los fenómenos luminosos conocidos como auroras boreales, producidas por las partículas atómicas procedentes del Sol que canalizadas por las líneas de fuerza del campo magnético terrestre, son concentradas en las zonas polares, interaccionando con los átomos ionizados de la termosfera. Además, las capas ionizadas poseen la facultad de reflejar las ondas de radio procedentes del Sol y de la Tierra.


ExosferaSu límite inferior se encuentra entre los 500 y 750 km. La atmósfera en esta zona es muy tenue y está formada de átomos de oxígeno, de hidrógeno y de helio. Los átomos de hidrógeno y de helio pueden escapar al espacio.

El límite superior de la atmósfera no existe como tal, aunque podría corresponder a la zona de clara influencia y predominio de la atmósfera solar (viento solar), constituida por diversas partículas subatómicas (protones y electrones) de alta energía que interaccionan con el campo magnético terrestre, y que se extiende aproximadamente hasta los 13.000 Km donde la densidad atmosférica es similar a la del espacio exterior.

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